Vi använder cookies för att förbättra din upplevelse.Genom att fortsätta att surfa på denna sida godkänner du vår användning av cookies.Ytterligare information.
Additiv tillverkning (AM) innebär att skapa tredimensionella objekt, ett ultratunt lager i taget, vilket gör det dyrare än traditionell bearbetning.Men endast en liten del av pulvret som avsätts under monteringsprocessen löds in i komponenten.Resten smälter då inte, så det kan återanvändas.Om objektet däremot skapas klassiskt krävs vanligtvis materialborttagning genom fräsning och bearbetning.
Pulvrets egenskaper bestämmer maskinens parametrar och måste övervägas först.Kostnaden för AM skulle vara oekonomisk med tanke på att det osmälta pulvret är förorenat och inte kan återvinnas.Skador på pulver resulterar i två fenomen: kemisk modifiering av produkten och förändringar i mekaniska egenskaper såsom morfologi och partikelstorleksfördelning.
I det första fallet är huvuduppgiften att skapa fasta strukturer som innehåller rena legeringar, så vi måste undvika kontaminering av pulvret, till exempel med oxider eller nitrider.I det senare fallet är dessa parametrar associerade med flytbarhet och spridbarhet.Därför kan varje förändring av pulvrets egenskaper leda till en ojämn fördelning av produkten.
Data från nya publikationer indikerar att klassiska flödesmätare inte kan ge adekvat information om pulverflytbarhet vid tillverkning av pulverbäddstillsatser.När det gäller karakterisering av råvaror (eller pulver) finns det flera lämpliga mätmetoder på marknaden som kan tillgodose detta krav.Spänningstillståndet och pulverflödesfältet måste vara samma i mätcellen och i processen.Förekomsten av tryckbelastningar är oförenlig med det fria ytflödet som används i AM-enheter i skjuvcellstestare och klassiska reometrar.
GranuTools har utvecklat arbetsflöden för pulverkarakterisering inom additiv tillverkning.Vårt huvudmål var att ha ett verktyg per geometri för noggrann processmodellering, och detta arbetsflöde användes för att förstå och spåra utvecklingen av pulverkvalitet över flera utskriftspass.Flera standardaluminiumlegeringar (AlSi10Mg) valdes ut för olika varaktigheter vid olika termiska belastningar (från 100 till 200 °C).
Termisk nedbrytning kan kontrolleras genom att analysera pulvrets förmåga att lagra en laddning.Pulvren analyserades för flytbarhet (GranuDrum-instrument), packningskinetik (GranuPack-instrument) och elektrostatiskt beteende (GranuCharge-instrument).Kohesions- och packningskinetikmätningar finns tillgängliga för följande pulvermassor.
Pulver som sprids lätt kommer att uppleva ett lågt kohesionsindex, medan pulver med snabb fyllningsdynamik kommer att producera mekaniska delar med mindre porositet jämfört med produkter som är svårare att fylla.
Tre aluminiumlegeringspulver (AlSi10Mg) lagrade i vårt laboratorium i flera månader, med olika partikelstorleksfördelningar, och ett 316L prov av rostfritt stål, här kallat prov A, B och C, valdes ut.Provernas egenskaper kan skilja sig från andra.tillverkare.Provpartikelstorleksfördelningen mättes med laserdiffraktionsanalys/ISO 13320.
Eftersom de styr maskinens parametrar måste pulvrets egenskaper övervägas först, och om vi anser att det osmälta pulvret är förorenat och oåtervinningsbart, blir kostnaden för additiv tillverkning inte så ekonomisk som vi skulle vilja.Därför kommer tre parametrar att undersökas: pulverflöde, packningskinetik och elektrostatik.
Spridbarheten är relaterad till pulverskiktets enhetlighet och "jämnhet" efter ommålningsoperationen.Detta är mycket viktigt eftersom släta ytor är lättare att skriva ut och kan undersökas med GranuDrum-verktyget med vidhäftningsindexmätning.
Eftersom porer är svaga punkter i ett material kan de leda till sprickor.Packningsdynamik är den andra kritiska parametern eftersom snabbpackningspulver har låg porositet.Detta beteende har mätts med GranuPack med värdet n1/2.
Närvaron av en elektrisk laddning i pulvret skapar kohesiva krafter som leder till bildandet av agglomerat.GranuCharge mäter förmågan hos ett pulver att generera en elektrostatisk laddning vid kontakt med ett valt material under flöde.
Under bearbetning kan GranuCharge förutsäga flödesförsämring, såsom skiktbildning i AM.Således är de erhållna mätningarna mycket känsliga för tillståndet hos kornytan (oxidation, kontaminering och grovhet).Åldrandet av det återvunna pulvret kan sedan kvantifieras exakt (±0,5 nC).
GranuDrum är baserad på principen om en roterande trumma och är en programmerad metod för att mäta flytbarheten hos ett pulver.En horisontell cylinder med transparenta sidoväggar innehåller hälften av pulverprovet.Trumman roterar runt sin axel med en vinkelhastighet på 2 till 60 rpm, och CCD-kameran tar bilder (från 30 till 100 bilder med 1 sekunds intervall).Luft/pulvergränssnittet identifieras på varje bild med hjälp av en kantdetekteringsalgoritm.
Beräkna den genomsnittliga positionen för gränssnittet och svängningarna runt denna genomsnittliga position.För varje rotationshastighet beräknas flödesvinkeln (eller "dynamisk vilovinkel") αf från medelgränssnittspositionen, och det dynamiska vidhäftningsindexet σf, som hänvisar till interpartikelbindning, analyseras från gränssnittsfluktuationer.
Strömningsvinkeln påverkas av ett antal parametrar: friktion mellan partiklar, form och kohesion (van der Waals, elektrostatiska och kapillära krafter).Kohesiva pulver resulterar i intermittent flöde, medan icke-kohesiva pulver resulterar i regelbundet flöde.Mindre värden på flödesvinkeln αf motsvarar goda flödesegenskaper.Ett dynamiskt vidhäftningsindex nära noll motsvarar ett icke-kohesivt pulver, och därför, när vidhäftningen av pulvret ökar, ökar vidhäftningsindexet i enlighet därmed.
GranuDrum låter dig mäta vinkeln för den första lavinen och luftning av pulvret under flödet, samt mäta vidhäftningsindex σf och flödesvinkeln αf beroende på rotationshastigheten.
GranuPack bulkdensitet, tappdensitet och Hausner-kvotmätningar (även kallade "beröringstester") är mycket populära i pulverkarakterisering på grund av den enkla och snabba mätningen.Pulvrets densitet och förmågan att öka dess densitet är viktiga parametrar under lagring, transport, agglomeration etc. Det rekommenderade förfarandet beskrivs i farmakopén.
Detta enkla test har tre stora nackdelar.Mätningarna är operatörsberoende och fyllningsmetoden påverkar den initiala pulvervolymen.Visuella mätningar av volym kan leda till allvarliga fel i resultaten.På grund av experimentets enkelhet försummade vi komprimeringsdynamiken mellan de initiala och slutliga dimensionerna.
Uppförandet av pulvret som matades in i det kontinuerliga utloppet analyserades med användning av automatiserad utrustning.Mät noggrant Hausner-koefficienten Hr, initial densitet ρ(0) och slutdensitet ρ(n) efter n klick.
Antalet tappningar är vanligtvis fast till n=500.GranuPack är en automatiserad och avancerad tappdensitetsmätning baserad på den senaste dynamiska forskningen.
Andra index kan användas, men de är inte listade här.Pulvret placeras i metallrör och går igenom en rigorös automatisk initialiseringsprocess.Extrapoleringen av den dynamiska parametern n1/2 och den maximala densiteten ρ(∞) tas från packningskurvan.
En lätt ihålig cylinder sitter ovanpå pulverbädden för att hålla pulver/luft-gränsytan i nivå under packningen.Röret som innehåller pulverprovet stiger till en fast höjd ∆Z och faller sedan fritt till en höjd, vanligtvis fixerad vid ∆Z = 1 mm eller ∆Z = 3 mm, mätt automatiskt efter varje stöt.Efter höjd kan du beräkna volymen V på högen.
Densitet är förhållandet mellan massan m och volymen V av pulverskiktet.Pulvermassan m är känd, densiteten ρ appliceras efter varje frisättning.
Hausnerkoefficienten Hr är relaterad till packningshastigheten och analyseras med ekvationen Hr = ρ(500) / ρ(0), där ρ(0) är den initiala bulkdensiteten och ρ(500) är den beräknade tappdensiteten efter 500 kranar.Resultaten är reproducerbara med en liten mängd pulver (vanligtvis 35 ml) med GranuPack-metoden.
Pulvrets egenskaper och arten av materialet som enheten är gjord av är nyckelparametrar.Under flödet genereras elektrostatiska laddningar inuti pulvret, och dessa laddningar orsakas av den triboelektriska effekten, utbytet av laddningar när två fasta ämnen kommer i kontakt.
När pulvret flödar inuti anordningen uppstår triboelektriska effekter vid kontakten mellan partiklarna och vid kontakten mellan partikeln och anordningen.
Vid kontakt med det valda materialet mäter GranuCharge automatiskt mängden elektrostatisk laddning som genereras inuti pulvret under flödet.Ett prov av pulvret flödar i ett vibrerande V-rör och faller ner i en Faraday-kopp ansluten till en elektrometer som mäter laddningen som pulvret får när det rör sig genom V-röret.För reproducerbara resultat, mata V-röret ofta med en roterande eller vibrerande enhet.
Den triboelektriska effekten gör att ett objekt får elektroner på sin yta och därmed blir negativt laddat, medan ett annat objekt förlorar elektroner och därför är positivt laddat.Vissa material får elektroner lättare än andra, och på liknande sätt förlorar andra material lättare elektroner.
Vilket material som blir negativt och vilket som blir positivt beror på de inblandade materialens relativa tendens att få eller förlora elektroner.För att representera dessa trender utvecklades den triboelektriska serien som visas i Tabell 1.Material som tenderar att vara positivt laddade och andra som tenderar att vara negativt laddade listas, medan material som inte uppvisar beteendetendenser listas i mitten av tabellen.
Å andra sidan ger den här tabellen bara information om trenden för materialladdningsbeteende, så GranuCharge skapades för att ge korrekta värden för pulverladdningsbeteende.
Flera experiment utfördes för att analysera termisk nedbrytning.Proverna lämnades vid 200°C under en till två timmar.Pulvret analyseras sedan omedelbart med GranuDrum (termiskt namn).Pulvret placeras sedan i en behållare tills det når rumstemperatur och analyseras sedan med GranuDrum, GranuPack och GranuCharge (dvs. "kallt").
Råprover analyserades med GranuPack, GranuDrum och GranuCharge vid samma luftfuktighet/rumstemperatur, dvs relativ fuktighet 35,0 ± 1,5 % och temperatur 21,0 ± 1,0 °C.
Kohesionsindexet beräknar flytbarheten hos ett pulver och korrelerar med förändringar i gränsytans position (pulver/luft), som endast reflekterar tre kontaktkrafter (van der Waals, kapillär och elektrostatisk).Före experimentet, registrera den relativa luftfuktigheten (RH, %) och temperaturen (°C).Häll sedan pulvret i trumbehållaren och påbörja experimentet.
Vi drog slutsatsen att dessa produkter inte var känsliga för kakning när vi övervägde tixotropa parametrar.Intressant nog förändrade termisk stress det reologiska beteendet hos pulvren i prov A och B från skjuvförtjockning till skjuvförtunning.Å andra sidan påverkades inte proverna C och SS 316L av temperatur och visade endast skjuvförtjockning.Varje pulver visade bättre bredbarhet (dvs lägre kohesionsindex) efter uppvärmning och kylning.
Temperatureffekten beror också på partiklarnas specifika yta.Ju högre värmeledningsförmåga materialet har, desto större effekt på temperaturen (dvs. 225°?=250?.?-1.?-1) och ?316?225°?=19?.?-1.?-1), ju mindre partiklarna är, desto viktigare blir temperaturen.Att arbeta vid förhöjda temperaturer är ett bra val för pulver av aluminiumlegeringar på grund av deras ökade spridbarhet, och kylda prover uppnår ännu bättre flytbarhet jämfört med orörda pulver.
För varje GranuPack-experiment registrerades pulvrets vikt före varje experiment, och provet utsattes för 500 stötar med en anslagsfrekvens på 1 Hz med ett fritt fall av mätcellen på 1 mm (slagenergi ∝).Prover dispenseras i mätcellerna enligt mjukvaruinstruktioner oberoende av användaren.Mätningarna upprepades sedan två gånger för att bedöma reproducerbarhet och för att undersöka medelvärdet och standardavvikelsen.
Efter att GranuPack-analysen är slutförd registreras initial packningsdensitet (ρ(0)), slutlig packningsdensitet (vid flera klick, n = 500, dvs. ρ(500)), Hausner-förhållande/Carr-index (Hr/Cr) och två parametrar (n1/2 och τ) relaterade till packningsdynamik.Den optimala densiteten ρ(∞) visas också (se bilaga 1).Tabellen nedan omorganiserar experimentdata.
Figurerna 6 och 7 visar de övergripande packningskurvorna (bulkdensitet kontra antal stötar) och n1/2/Hausner-parameterförhållandet.Felstaplar beräknade med hjälp av medelvärden visas på varje kurva, och standardavvikelser beräknades från repeterbarhetstester.
316L-produkten av rostfritt stål var den tyngsta produkten (ρ(0) = 4,554 g/ml).När det gäller tappdensitet är SS 316L fortfarande det tyngsta pulvret (ρ(n) = 5,044 g/mL), följt av Prov A (ρ(n) = 1,668 g/mL), följt av Prov B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Prov C var det lägsta (ρ(n) = 1,581 g/ml).Enligt bulkdensiteten för det initiala pulvret ser vi att prov A är det lättaste, och med hänsyn till felet (1,380 g / ml) har prov B och C ungefär samma värde.
När pulvret värms upp minskar dess Hausner-kvot, vilket endast sker för proverna B, C och SS 316L.För prov A kan detta inte göras på grund av storleken på felstaplarna.För n1/2 är parametertrenderna svårare att identifiera.För prov A och SS 316L minskade värdet på n1/2 efter 2 timmar vid 200°C, medan det för pulver B och C ökade efter termisk belastning.
En vibrerande matare användes för varje GranuCharge-experiment (se figur 8).Använd 316L rostfritt stålrör.Mätningar upprepades 3 gånger för att bedöma reproducerbarhet.Vikten av produkten som användes för varje mätning var ungefär 40 ml och inget pulver återvanns efter mätning.
Före experimentet registreras pulvrets vikt (smp, g), relativ luftfuktighet (RH, %) och temperatur (°C).I början av testet, mät laddningstätheten för det primära pulvret (q0 i µC/kg) genom att föra in pulvret i Faraday-koppen.Slutligen, registrera massan av pulvret och beräkna den slutliga laddningstätheten (qf, µC/kg) och Δq (Δq = qf – q0) i slutet av experimentet.
De råa GranuCharge-data visas i tabell 2 och figur 9 (σ är standardavvikelsen beräknad från resultaten av reproducerbarhetstestet), och resultaten presenteras som histogram (endast q0 och Δq visas).SS 316L hade den lägsta initiala kostnaden;detta kan bero på att denna produkt har den högsta PSD.Beträffande den initiala laddningsmängden för det primära aluminiumlegeringspulvret kan inga slutsatser dras på grund av storleken på felen.
Efter kontakt med 316L rostfritt stålrör, fick prov A den minsta mängden laddning jämfört med pulver B och C, vilket visar på en liknande trend, när SS 316L pulver gnides med SS 316L, hittas en laddningstäthet nära 0 (se triboelektriska serier).Produkt B är fortfarande mer laddad än A. För prov C fortsätter trenden (positiv initial laddning och slutladdning efter läckage), men antalet laddningar ökar efter termisk nedbrytning.
Efter 2 timmars termisk stress vid 200 °C blir pulvrets beteende spektakulärt.I prov A och B minskar initialladdningen och slutladdningen ändras från negativ till positiv.SS 316L-pulver hade den högsta initiala laddningen och dess laddningstäthetsförändring blev positiv men förblev låg (dvs. 0,033 nC/g).
Vi undersökte effekten av termisk nedbrytning på det kombinerade beteendet hos pulver av aluminiumlegering (AlSi10Mg) och 316L rostfritt stål samtidigt som vi analyserade de ursprungliga pulvren i omgivande luft efter 2 timmar vid 200°C.
Användning av pulver vid hög temperatur kan förbättra produktens spridbarhet, och denna effekt verkar vara viktigare för pulver med hög specifik yta och material med hög värmeledningsförmåga.GranuDrum användes för att utvärdera flöde, GranuPack användes för dynamisk fyllningsanalys och GranuCharge användes för att analysera triboelektriciteten hos pulvret i kontakt med 316L rostfria stålrör.
Dessa resultat fastställdes med GranuPack, som visar förbättringen av Hausner-koefficienten för varje pulver (med undantag för prov A på grund av storleksfel) efter den termiska stressprocessen.Om man tittar på packningsparametrarna (n1/2) så fanns det inga tydliga trender då vissa produkter visade en ökning i packningshastighet medan andra hade en kontrasterande effekt (t.ex. prov B och C).
Posttid: 2023-jan-10